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Aiuto high-tech per diesel sporchi
Guidare dietro un autobus o un camion mentre erutta fumi di scarico puzzolenti è sufficiente per convincere chiunque che le emissioni dei motori diesel dovrebbero essere ripulite. Ma mentre i produttori di motori a benzina hanno ridotto le emissioni nocive nei loro nuovi veicoli di circa il 90% negli ultimi 25 anni, i produttori di motori diesel sono riusciti finora a ridurre i gas di scarico nocivi solo della metà circa di quella percentuale.
Ora, tuttavia, i ricercatori della University of Southern California stanno sviluppando un dispositivo che utilizza elettroni ad alta energia per eliminare i gas di scarico nocivi del diesel, riducendoli a vapore acqueo, anidride carbonica e aria. Nel giro di pochi anni, la tecnica potrebbe rivelarsi un modo conveniente per rendere i motori diesel conformi a standard sulle emissioni sempre più rigorosi.
Questa storia faceva parte del nostro numero di maggio 1997
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Secondo l'Environmental Protection Agency (EPA), i motori diesel per impieghi gravosi producono il 25% di tutti gli ossidi di azoto (NOx) generati dai veicoli, la fonte di acido nitrico (HNO3), un componente principale delle piogge acide e una delle principali fonti di inquinamento urbano. smog. Sebbene i primi regolamenti federali completi che controllano le emissioni dei veicoli a motore siano stati avviati con il Clean Air Act del 1970, i primi standard NOx specifici per le emissioni diesel non sono entrati in vigore fino al 1984. Poi, quando la qualità dell'aria ha continuato a peggiorare a causa dell'aumento del traffico, Il Congresso approvò il Clean Air Act del 1990, che obbligava i produttori di camion e autobus a ridurre le emissioni di NOx del 50 percento rispetto allo standard del 1984. Infine, nel 1995, l'EPA, di concerto con il California Air Resources Board e i produttori di motori per impieghi gravosi, ha redatto una dichiarazione di principi che ha portato l'EPA a stabilire gli standard più recenti volti a ridurre le emissioni di NOx diesel di un altro 50 percento entro il 2004.
Gli ingegneri diesel hanno finora ridotto le emissioni in gran parte sostituendo i controlli meccanici della presa d'aria e dell'erogazione del carburante con sistemi elettronici più efficaci. Ora i ricercatori, tra cui Martin Gundersen e Victor Puchkarev, una coppia di ingegneri elettrici della University of Southern California, stanno esplorando i sistemi di post-trattamento dei gas di scarico. Basato su un circuito elettronico a impulsi che ha avuto origine negli anni '50 ed è stato perfezionato durante il lavoro sull'Iniziativa di difesa strategica negli anni '80, il loro dispositivo utilizza brevi raffiche di elettroni ad alta energia per abbattere NOx e altri particolati fuligginosi negli scarichi diesel prima che vengano farsi strada verso l'atmosfera.
Il gruppo USC ha sviluppato una camera che può essere incorporata in un sistema di scarico diesel proprio come un convertitore catalitico viene utilizzato nei veicoli a benzina. All'interno della camera, uno speciale interruttore elettronico produce un breve impulso elettrico, come lo scoppio dell'attacco del flash elettronico di una fotocamera, alla velocità di migliaia di scariche elettriche al secondo. Quando gli elettroni energetici di queste scintille ad alta tensione a fuoco rapido vengono iniettati nel flusso di scarico, in modo simile al modo in cui un fascio di elettroni viene sparato in un tubo fluorescente, colpiscono le molecole di aria e vapore acqueo presenti nello scarico. Le collisioni creano un plasma ionico, un assortimento di elettroni e particelle cariche di azoto, ossigeno e idrossido, che a sua volta reagisce con NOx e idrocarburi particolati per produrre anidride carbonica, aria e vapore acqueo.
I primi prototipi hanno dimostrato il concetto ma erano inefficienti, poiché richiedevano fino al 50 percento della potenza del motore per il loro funzionamento. Tuttavia, Gundersen afferma che il team ha recentemente migliorato l'efficienza del dispositivo di un ordine di grandezza, portandolo in una gamma che i produttori di veicoli diesel troverebbero interessante.
Per ottenere il notevole miglioramento, Gundersen afferma che il suo team ha ottimizzato il dispositivo per ridurre la durata di ciascun impulso da circa 200 nanosecondi (miliardesimi di secondo) a circa 50 nanosecondi. Poiché l'accelerazione degli elettroni si verifica solo nelle fasi iniziali dell'impulso, l'accorciamento dei burst ha aumentato l'energia degli elettroni nel plasma consumando complessivamente molta meno energia.
Secondo Bernard M. Penetrante, un fisico che dirige il gruppo Environmental Plasma Technologies presso il Lawrence Livermore National Laboratory, una dozzina o più gruppi in tutto il mondo sono ora impegnati in un lavoro di ricerca e sviluppo simile che potrebbe eventualmente competere per una quota di un enorme mercato potenziale. In effetti, l'EPA stima che circa 5 milioni di veicoli diesel pesanti e 2 milioni di veicoli diesel leggeri circolano ora lungo le strade degli Stati Uniti e che ogni anno nel paese vengono venduti diverse centinaia di migliaia di nuovi veicoli diesel.
Gundersen stima che un dispositivo di post-trattamento a energia pulsata costerebbe nell'ordine di $ 1.000. Se così fosse, il mercato potrebbe facilmente valere diversi miliardi di dollari. E il mercato potrebbe non essere limitato ai motori diesel. Penetrante osserva che qualsiasi dispositivo in grado di ridurre gli NOx a prodotti benigni in un tubo di scarico diesel può essere applicato anche ai motori a benzina. Spiega che esistono condizioni simili nei nuovi motori a benzina a combustione magra (elevato rapporto aria-carburante) e che le nuove tecnologie come la potenza a impulsi saranno fondamentali per consentire ai veicoli di prossima generazione di soddisfare requisiti di emissioni sempre più severi.